9ạQuestão: Responda as seguintes questões.
a) O que são fluidos e como caracterizá-los?
b) Quais são os tipos de fluidos?

Passo 1

O enunciado pede:
a) definir o que é um fluido e como caracterizá-lo;
b) listar e explicar os principais tipos de fluidos.
O conteúdo envolve mecânica dos fluidos em nível introdutório, usando conceitos de contínuo, propriedades físicas (densidade, viscosidade etc.) e classificação dos fluidos.

Passo 2

Definimos fluido como qualquer substância que, sob a ação de uma tensão de cisalhamento, sofre deformação contínua enquanto essa tensão é mantida. Em outras palavras, ao aplicarmos uma tensão de cisalhamento \tau, a velocidade de deformação (gradiente de velocidade) não fica nula, e o fluido “escorre”. Isso contrasta com sólidos, que podem suportar tensões de cisalhamento sem deformar continuamente.

Passo 3

Para caracterizar um fluido usamos as seguintes grandezas e conceitos:
  • Densidade \rho: massa por unidade de volume;
  • Viscosidade dinâmica \mu: medida da resistência interna ao escoamento;
  • Compressibilidade: capacidade de variar o volume quando a pressão muda;
  • Campos escalares e vetoriais: pressão p(x,y,z,t) e velocidade \mathbf{v}(x,y,z,t);
  • Tensão de cisalhamento \tau: relacionada ao gradiente de velocidade pelo modelo constitutivo (por ex. lei de Newton).

Passo 4

Os fluidos podem ser classificados segundo vários critérios:
  1. Quanto à compressibilidade
    • Incompressível: variação de densidade desprezível \rho\approx\text{constante}.
    • Compressível: variação de densidade relevante, típico em gases a altas velocidades ou grandes variações de pressão.
  2. Quanto ao comportamento de viscosidade
    • Fluido Newtoniano: \tau = \mu\,\dfrac{\partial v}{\partial y} (viscosidade constante).
    • Fluido não-Newtoniano: relação não linear entre \tau e gradiente de velocidade (ex.: fluidos de Bingham, pseudoplásticos, dilatantes).
  3. Quanto ao estado físico
    • Líquidos: volume quase constante, pouca compressibilidade.
    • Gases: alta compressibilidade, densidade variável com pressão e temperatura.
  4. Quanto ao modelo teórico
    • Fluido ideal (perfeitamente incompressível e sem viscosidade).
    • Fluido real (viscosidade e, se for o caso, compressibilidade consideradas).

Resposta

a) Fluido é uma substância que não sustenta tensões de cisalhamento em equilíbrio e se deforma continuamente sob qualquer tensão de cisalhamento aplicada. Caracteriza-se pelas propriedades de densidade \rho, viscosidade \mu, compressibilidade, além dos campos de pressão p(x,y,z,t) e velocidade \mathbf{v}(x,y,z,t).
b) Principais tipos de fluidos:
  • Incompressíveis vs. compressíveis
  • Newtonianos vs. não-Newtonianos
  • Líquidos vs. gases
  • Ideais vs. reais

Exercícios relacionados